中新網(wǎng)北京4月4日電 (記者 孫自法)在從爬行動(dòng)物到哺乳動(dòng)物的進(jìn)化過程中，有兩個(gè)最為重要的形態(tài)和功能變化，表現(xiàn)在牙齒從簡(jiǎn)單到復(fù)雜以增加食物的攝取能力、下頜頭骨關(guān)節(jié)變?yōu)橹卸牴墙M合以提高聽覺效力，二者如何演化備受學(xué)界關(guān)注。
中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所(古脊椎所)發(fā)布消息說，該所毛方園研究員、張馳研究員聯(lián)合內(nèi)蒙古自然博物館、云南祿豐自然資源局和楚雄化石研究中心以及美國、澳大利亞的科研同行，通過對(duì)三件采自中國云南、內(nèi)蒙古的侏羅紀(jì)哺乳動(dòng)物化石的合作研究，最新揭示出哺乳動(dòng)物最早的牙齒分化、中耳和頜關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)化，為哺乳動(dòng)物同源關(guān)系研究提供新的視角，并重塑了早期哺乳動(dòng)物的系統(tǒng)發(fā)育過程。
中國科學(xué)院古脊椎所毛方園研究員介紹本次研究成果。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝這一揭秘并改寫早期哺乳動(dòng)物牙齒、耳朵演化結(jié)構(gòu)的古生物研究突破性進(jìn)展的兩篇成果論文，北京時(shí)間4月3日深夜在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》同期上線發(fā)表。
改寫哺乳動(dòng)物生命樹早期演化結(jié)構(gòu)
毛方園研究員是這兩篇論文的第一作者和共同通訊作者，她接受記者采訪介紹說，蜀獸是侏羅紀(jì)早期小型哺乳動(dòng)物，具有特殊的假磨楔齒，即其下臼齒三角座前面有一個(gè)“假跟座”(盆狀結(jié)構(gòu))。相比之下，哺乳動(dòng)物的磨牙具有磨楔齒，其跟座位于三角座后面，接收上臼齒的原尖，并與上牙形成精確咬合，用于食物的加工/咀嚼。
蜀獸曾在系統(tǒng)發(fā)育上與南方磨楔齒獸(包括現(xiàn)存的單孔目動(dòng)物和近親)關(guān)系更近，但這種系統(tǒng)關(guān)系存有爭(zhēng)議，并且在哺乳動(dòng)物的研究中留下一些形態(tài)學(xué)、古地理和功能等方面令人困惑的問題。
周氏近柱齒獸生態(tài)重建圖(趙闖/繪)。中國科學(xué)院古脊椎所/供圖毛方園指出，在第一篇論文中，研究人員對(duì)內(nèi)蒙古道虎溝中侏羅世(約1.68億-1.64億年前)的兩塊化石標(biāo)本進(jìn)行深入研究，建立蜀獸的一個(gè)新屬種，為紀(jì)念著名古生物學(xué)家周明鎮(zhèn)院士命名為“周氏近柱齒獸”。
根據(jù)完整的牙列、咬合關(guān)系和牙齒序列同源性的證據(jù)，他們提出一種新的解釋：蜀獸的假磨楔齒實(shí)際上與另一種已滅絕的哺乳動(dòng)物柱齒獸的臼齒模式是同源的。
根據(jù)修正后牙齒特征重建的系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明，一個(gè)類似摩根齒獸的祖先獨(dú)立演化產(chǎn)生三個(gè)主要的哺乳動(dòng)物類群——柱齒形獸(包括柱齒獸和蜀獸)、異獸和全獸(包括對(duì)稱齒獸、獸類和近親)。同時(shí)，早期哺乳動(dòng)物臼齒進(jìn)化方向是由類似于摩根齒獸的三尖一排的牙齒形式，在三個(gè)大類中以不同的方式逐漸變寬變復(fù)雜，以適應(yīng)更有效的食物加工。
哺乳動(dòng)物系統(tǒng)發(fā)育框架及主要支系牙齒演化示意圖。毛方園/供圖這三個(gè)類群牙齒演化的基本特征，是臼齒在摩根獸類的三尖齒祖先形態(tài)上，通過三個(gè)方向上的不同方式的增寬及復(fù)雜化。盡管三種類型演化路徑不同，但都增加了牙齒咬合的尖脊和磨蝕面，形成更多、更有效的剪切、擠壓研磨功能，提高了處理食物的效率。
毛方園表示，這三個(gè)類群中，只有具磨楔齒的支系最終成功演化成為今天地球上占有統(tǒng)治地位的哺乳動(dòng)物冠群。周氏近柱齒獸化石研究，對(duì)單孔類(現(xiàn)生動(dòng)物代表如鴨嘴獸等)起源提出新的觀點(diǎn)，改寫了哺乳動(dòng)物生命樹早期演化的結(jié)構(gòu)，將對(duì)早期哺乳動(dòng)物的演化和系統(tǒng)發(fā)育格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
為哺乳動(dòng)物中耳演化提供最強(qiáng)證據(jù)
毛方園說，哺乳動(dòng)物頜關(guān)節(jié)和中耳演化過程，是脊椎動(dòng)物漸進(jìn)演化最為經(jīng)典，也是研究最為深入的例子。從爬行動(dòng)物的方骨-關(guān)節(jié)骨的頜關(guān)節(jié)到哺乳動(dòng)物中耳的砧骨-錘骨的演化過程，體現(xiàn)出脊椎動(dòng)物演化的一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程。
本次研究發(fā)表的第二篇論文，在云南祿豐早侏羅世(約2.01億-1.84億年前)更原始的類似摩根齒獸的哺乳動(dòng)物化石中研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)新屬種，為致敬著名古生物學(xué)家楊鐘健院士命名為“楊氏滇尖齒獸”。
中國科學(xué)院古脊椎所毛方園研究員展示介紹本次研究的楊氏滇尖齒獸化石標(biāo)本。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)楊氏滇尖齒獸、周氏近柱齒獸兩件化石的詳細(xì)研究，獲得迄今為止中生代哺乳動(dòng)物中保存最為完整的下頜中耳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)從摩根獸的雙頜骨關(guān)節(jié)到遼尖齒獸所代表的過渡型中耳原始頜關(guān)節(jié)中丟失的演化證據(jù)。
毛方園表示，這兩件新屬種化石研究結(jié)果，有力支持哺乳動(dòng)物中耳漸進(jìn)演化的觀點(diǎn)。楊氏滇尖齒獸下頜中耳的形態(tài)，填補(bǔ)了摩爾根獸很多保存不全的特征。新的研究表明，同出于祿豐動(dòng)物群，楊氏滇尖齒獸在下頜中耳上表現(xiàn)出來了比摩根齒獸更進(jìn)步的特征，而燕遼生物群的周氏近柱齒獸代表了更為進(jìn)步的一個(gè)演化階段。
楊氏滇尖齒獸生態(tài)重建圖(趙闖/繪)。中國科學(xué)院古脊椎所/供圖在已有的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系下，本次研究集合從燕遼、熱河生物群不同階段最有代表性的一系列化石研究結(jié)果，對(duì)哺乳動(dòng)物中耳演化這個(gè)經(jīng)典問題，提出迄今為止最有說服力的古生物學(xué)證據(jù)，并建立以中國材料為基礎(chǔ)的中耳漸進(jìn)演化假說的模型。
以此為基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)提出“體系轉(zhuǎn)化”的概念，即哺乳動(dòng)物中耳的形成，不是單個(gè)特征或者某個(gè)局部的變化，而是一個(gè)體系的變化，取食和聽力的結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)換和完善，涉及牙齒、下頜、頭骨、內(nèi)耳以及相關(guān)肌肉、神經(jīng)等軟體組織諸多方面。
哺乳動(dòng)物中耳漸進(jìn)演化系統(tǒng)框架及頜關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)移示意圖。毛方園/供圖“對(duì)這個(gè)過程的新認(rèn)識(shí)，有力支持并豐富了哺乳動(dòng)物中耳演化這個(gè)脊椎動(dòng)物中漸進(jìn)演化的經(jīng)典例子。這個(gè)結(jié)果和同期發(fā)表的有關(guān)牙齒演化的成果，將會(huì)促進(jìn)中生代哺乳動(dòng)物乃至整個(gè)早期哺乳動(dòng)物演化的研究，翻開一個(gè)新的篇章?！泵綀@總結(jié)說。(完)